NO165230B - Innretning for frembringelse av ozon. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en innretning for fremstilling av ozon fra oksygen eller oksygeninneholdende gasser av den art som angitt i ingressen til krav 1.

Ozon er et sterkt oksydasjonsmiddel for organiske substanser og for uorganiske forbindelser, som har elementer med flere oksydasjonstrinn. Ved siden av forskjellige anvendelser i •kjemien er ozon anvendt ved vannbehandling. De høye investe-rings- og driftskostnadene for ozonfremstillingen begrenser imidlertid dens anvendelsesmuligheter.

Selv om det finnes mange forskjellige teoretiske muligheter å frembringe ozon på, har det til nå praktisk talt kun vært ozonfremstilling ved elektrisk utladning som har funnet noen anvendelse. Dette gjelder så vel for store, stasjonære som også for mindre transportable ozonfremstillingsanlegg. Ozonfremstillere, som arbeider etter dette prinsippet, består i det vesentlige av to elektroder som er adskilt av et dielektrikum og et gassrom. Elektrodene tilføres en høyspent vekselstrøm. Samtidig leder man oksygen eller oksygenholdig gass gjennom gassrommet. Herved foregår det mellom elektrodene en elektrisk høyspenningsutladning uten gnistdannelse og lysfenomener. Denne høyspenningsutladningen fører til ozondannelse. Det er kjent to ozonfremstillings-typer etter dette prinsippet, nemlig plateozonfremstilleren, ved hvilken elektrodene består av parallelle plater, og en såkalt rørozonfremstiller ved hvilken elektrodene består av konsentriske rør. Oppfinnelsen angår sistnevnte ozonfrem-bringertypen.

Det er kjent et utall konstruksjoner av rørozonfrembringere, idet DE-PS 1767 109 og DE-OS 3 221 895 f.eks. viser typiske konstruksjoner. Store anstrengelser er blitt rettet mot å forbedre ozonfremstillerens effekt, spesielt ved å høye feltstyrkens intensitet. For dette formål er f.eks. overfla-tene til elektrodene blitt gjort ruere ved sjiktpåføring, som f.eks. vist i DE-PS 1 240 831 eller dielektrikumet er forsynt méd elektrisk ledende øyer, som EP-PS 0 019 307 viser. Det er også kjent spesialkonstruksjoner. F.eks. viser EP-PS 0 018 318 en indre elektrode som består av tråd og om hvilken er viklet en sylindermantel, mens den ytre elektroden er utformet på vanlig måte som rør. DE-PS 156 531 viser derimot en spiralformet viklet ytre elektrode og en indre elektrode som er utformet som rør eller stav.

Spiralformede elektroder krever av konstruksjonsmessige grunner forholdsmessig stort utladningsrom og fører derved til lav og ujevn utladningstetthet så vel som lav ozonkonsentrasjon. Ved spiralformede ytre elektroder kan dessuten kjøling ikke foretas med væske når mellomrommet mellom den ytre elektroden og dielektrikumet skal bli utnyttet som utladningsrom.

Ved de i dag vanlige ozonfrembringerne blir stort sett anvendt høyspenningsutladningselektroder. Disse har enten et metallisert dielektrikum av f.eks. glass, keramikk eller kunststoff, eller metallplater og metallrør, som har påført et sjikt av dielektrikum. Høyspenningen blir her tilført metallsjiktet. Disse høyspenningsutladningselektrodene er vanligvis anbrakt ovenfor en direkte eller indirekte avkjølt elektrode, som i bestemte tilfeller likeledes kan ha et dielektrisk sjikt. Via kjølemidlet skal den ved gassutlad-ningen fremkomne varme bli bortledet. Ved en god kjøling kan ozonmengden bli øket. Av denne grunn blir det i mange tilfeller forsøkt å kjøle den indre høyspenningselektroden ved hjelp av et andre komplisert kjølekretsløp.

Ved de vanlige konstruksjonene kan den ved den stille elektriske utladningen oppstående varme kun bli ført bort til den kjølte ytre elektroden ved diffusjon og konveksjon. På grunn av den relativt lave feltstyrken kan ved ozonfremstillingen gassutladningsstrekningen kun bli belastet med relativt stort gassvolum og med svært små hastigheter. Ved disse små gasshastighetene er varmeovergangstallet praktisk talt lik null, slik at via den strømmende gassen kan ingen varme bli bortført. I motsetning til plateozonfremstilleren er det ved rørozonfremstilleren dessuten en stor vanskelig-het å sikre en nøyaktig avstandsholdelse av elektrodene. Dette forårsakes fremfor alt på grunn av størrelsesavvik i rørdiameteren og nedbøyninger. Således er det selv ved anvendelse av sentreringselementer ikke mulig å holde røravstanden konstant over totallengden. På grunn av rørenes stivhet, som har diametere på 30 mm og mer, er det ikke mulig med en elastisk deformering via sentreringselementene. Som følge av denne unøyaktigheten opptrer sterkt forskjellige utladningstettheter, som betyr en betydelig reduksjon i ozonmengden.

Oppfinnelsen har til oppgave ved rørozonfremstillere å forbedre gasstrømningen og utladningstettheten ved konstruksjonsmessige forbedringer, slik at den nødvendige spesifikke energien for fremstilling av ozon blir redusert.

Ovenfornevnte oppgave er løst ved en innretning av den innledningsvis nevnte art, hvis karakteristiske trekk fremgår av krav 1.

Ytterligere trekk ved oppfinnelsen fremgår av krav 2.

Som følge av den ubetydelige diameteren på den indre og ytre elektroden, blir det tilveiebrakt en mindre kapasitet enn hva som er vanlig ved tidligere kjente ozonfremstillere hvorved strømbehovet blir redusert. Dessuten blir gasshastigheten øket, hvorved kjølingen blir forbedret. Da den indre elektroden ifølge oppfinnelsen er dannet av enkeltstaver eller av tvinnede staver, kan diameteren til den ytre elektroden bli betydelig redusert i forhold til kjente konstruksjoner, idet den indre diameteren til den ytre elektroden utgjør f.eks. kun 5 til 10 mm. Den indre elektroden kan f.eks. bestå av en tråd med en diameter på 0,5 til 3 mm. Denne indre elektroden kan uten videre bli anvendt for en maksimal feltstyrke. En mindre krympningsradius bevirker en større feltstyrke. Rørozonfremstilleren ifølge oppfinnelsen muliggjør å opprettholde de fordelaktige trekkene ved kjente konstruksjoner. Som dielektrikum kan bli anvendt f.eks. materialer med høy gjennomslagsfasthet som glass, plast, aluminiumoksyd eller titanoksyd. Den ytre elektroden, som da er motelektrode for den indre høyspenningselektroden, kan være omgitt av et metallrør med ytterligere dielektrikum. Den kan også være dannet av plastrør, hvilken kan bli omspylt utvendig av en elektrisk ledende væske. Den gjennom-slagsfaste plasten er herved dielektrikumet. Den utvendige elektroden kan også bestå av et på plast påført metallsjikt.

Tre utførelseseksempler av oppfinnelsen skal bli nærmere beskrevet ved hjelp av tegningene, hvor: Fig. 1 viser en innretning med rettforløpende ozonfrem-bringerelement. Fig. 2 viser en innretning med et viklet ozonfrem-bringerelement.

På fig. 1 er vist en innretning hvor en høyspenningsgjen-føring 1 er ført gjennom hodedelen 2 av isolerende oksygen-og ozonbestandig materiale over en fordelerplate 3, en overføringsfjær 4 og en klemfjær 5 til en indre elektrode 6, som består av tråd. Den høyspenningsførende indre elektroden 6 er omgitt av et dielektrikum 7 og av en ytre elektrode 8. Avstandsholdere 9a og 9b sikrer en nøyaktig avstandsholdelse mellom den indre elektroden 6, dielektrikumet 7 og den ytre elektroden 8. Den ytre elektroden 8 er ved dens ender utvidet sekskantformet og sveiset med deres kanter fast uten bunnblikk. Innretningen inneholder totalt fem ozonfremstil-lende elementer bestående av indre elektrode 6, dielektrikum 7 og ytre elektrode 8, idet nevnte element er omgitt av et kjølemantelrør 10. Kjølemantelrøret 10 er forbundet med hodedelen 2 og en bunndel 11 ved hjelp av skruer 17 og 18. Kjølevann blir tilført gjennom en stuss 12 og bortført gjennom en stuss 13. Gjennom en tilslutning 14 blir oksygen tilført og den frembrakte ozon-oksygen-blandingen blir trukket ut gjennom tilslutningen 15. Røret som danner dielektrikumet 7 støtter seg på en plate 16 forsynt med riller anbrakt i bunndelen 11.

Oksygenet går inn via tilslutningen 14 og fordeler seg i hodedelen 2. Det strømmer så gjennom spalten som blir dannet av den indre elektroden 6, dielektrikumet 7 og den ytre elektroden 8. Klemfjæren 5 og avstandsholdere 9a, 9b er utført slik at de muliggjør en passasje av oksygenet gjennom spalten. Ifølge den stille elektriske utladningen mellom den indre elektroden 6 og den ytre elektroden 8 dannes ozon av en del av oksygenet. Ozon-oksygen-blandingen samler seg i bunndelen 11, hvorved det i det indre av dielektrikumet 7 strømmende gass når bunndelen via rillene i platen 16. Gjennom tilslutningen 15 blir blandingen trukket ut. Høyspenningen ligger ved høyspenningsgjennomføringen 1 og fordeler seg på fordelerplaten 3 og blir derfra overført via overføringsfjæren 4 og klemfjæren 5, som står i kontakt med den indre elektroden 6, til totalt fem indre elektroder 6. På kjent måte kan vilkårlig mange slike innretninger bli koplet parallelt og drevet sammen.

Innretningen på fig. 2 skiller seg fra innretningen på fig. 1 i det vesentlige ved at ozonfremstillerelementet som består av den indre elektroden 6, dielektrikumet 7 og den ytre elektroden 8 er fleksibelt og krummet anbrakt i kjølemediumet. Den ytre elektroden har derved et metallsjikt påført det fleksible dielektrikumet 7. En nøyaktig avstandsholdelse blir igjen sikret ved hjelp av avstandsholdere 9a. Hodedelen 2 og bunndelen 11 er festet via en felles grunn-plate 19. Hodedelen 2 og bunndelen 11 kan være fremstilt av et stykke.

Som utførelseseksemplet på fig. 1 og 2 viser, er innretningen ifølge oppfinnelsen billig å fremstille i og med at kompliserte tetninger og sentreringer ikke er nødvendig. Da utladningsrommet er åpent ved begge endene, er det mulig med en intensiv gasskjøling. Elektrodene danner smale, presise utladningsspalter og har en liten diameter. Derved tilveiebringes en høy gasshastighet og en bedre kjøling. Det er ikke nødvendig med dyre spesialprofiler, og spesielt dieléktrikarørene kan bli fremstilt av rør som er vanlige i handelen og som består av glass, aluminiumoksyd eller titanoksyd. Også for elektrodene kan det anvendes rør og tråder som er vanlig i handelen og som på forhånd har en høy presisjon. Ved hjelp av avstandsholdere kan det således uten vanskeligheter bli dannet lange ozonfremstillingselementer, f.eks. i lengder på 2,5 m. Totaldimensjonen på ozonfremstil-leren blir liten. I stedet for dyre på glass pådampede aluminiumsspeil, kan som høyspenningselektrode bli anvendt enkle tråder. Selv ved en elektrisk frekvens på kun 50 Hz er det spesifikke energiforbruket for fremstilling av 1 kg ozon lavt. Dette viser det påfølgende angitte driftsresultatet med en ozonfremstiller Ifølge oppfinnelsen:

9 kWh/l kg ved en konsentrasjon av 100 g/m^

8 kWh/l kg ved en konsentrasjon av 90 g/m^

7 kV/h/l kg ved en konsentrasjon av 70 g/m^

6,7 kWh/l kg ved en konsentrasjon av 60 g/m^

6,3 kWh/l kg ved en konsentrasjon av 50 g/m^

6,0 kWh/l kg ved en konsentrasjon av 45 g/m^

Spesielt overraskende er den spranglignende forbedringen av driftsforholdene til ozonfrembringeren ifølge foreliggende oppfinnelse i forhold til ozonfrembringere med kun en eneste trådformet indre elektrode med ellers like driftsbetingelser, som fremgår av den påfølgende tabellen som viser utførte resultater ved sammenligningsforsøk.

Her ble det frembrakt i alle tilfellene en ozonkonsentrasjon lik:

Av tabellen fremgår det at ved en ozonf rembringer med en lengde på 610 mm og en strømfrekvens på 50 Hz og samme ozonutbytte pr. rør har ozonfrembringeren med en indre elektrode med fire tråder hver 2 mm i diameter det laveste energibehovet. Dette lave energibehovet blir øket fra 6,7 kun uvesentlig til 7,5

når lengden på ozonfrembringeren blir 1270 mm, altså praktisk talt fordoblet lengde. Ved ozonfrembringeren med enkel helstavelektrode øker energibehovet derimot sterkt. Dette gjelder også for høye frekvensområder, som resultatet viser ved strømfrekvens på 650 Hz.

Claims (2)

1. Innretning for fremstilling av ozon fra oksygen eller oksygeninneholdende gass ved stille elektrisk utladning i et mellomrom gjennomstrømmende av nevnte gass, idet rommet i hovedsaken er dannet av en rørformet ytre elektrode (8) og av en spenningsførende indre elektrode (6) omgitt konsentrisk av den ytre elektroden, idet et dielektrikum (7) som adskiller elektrodene fra hverandre er anordnet i mellomrommet, karakterisert ved at den indre elektroden består av flere massive trådlignende sylindriske metallstaver, at forholdet mellom diameteren til den ytre elektroden og diameteren til den indre elektroden er større enn 2.

2. Innretning ifølge krav 1,karakterisert ved at den indre elektroden består av flere tvinnede staver.